Vědci vytvořili živé časové krystaly

Výzkumné týmy z Harvardu a univerzity v Marylandu publikovaly výzkumné práce v časopise Nature, které odhalují, jak se jim nezávisle podařilo vůbec poprvé v laboratorních podmínkách vytvořit živé krystaly. Časové krystaly, které byly nejprve v roce 2012 amerických teoretickým fyzikem, matematikem a nositelem Nobelovy ceny Frankem Wilczekem označeny za matematickou výstřednost, vznikají tehdy, když periodická funkce třírozměrného prostorového krystalu dosáhne čtvrtého rozměru neboli času.

Wilczek navrhnul, že časový krystal jsou „spontánně vznikající hodiny“ (zařízení, nikoliv jednotka časomíry), ale fyzicky to nebylo řádně podloženo, takže se na tuto myšlenku zapomnělo až do roku 2015, kdy skupina výzkumných pracovníku z univerzity v Princetonu vedená Shivajim Sondhim publikovala výzkum, který popisoval, jak je možné vytvořit časové krystaly v laboratorních podmínkách.

V práci zveřejněné online v lednovém vydání časopisu Physical Review Letters popsal Norman Yao, odborný asistent na katedře fyziky na Kalifornské univerzitě v Berkeley, přesný způsob tvorby a měření vlastností časových krystalů. „Nebylo by fakt divné, kdybyste zatřásli želatinou a zjistili, že nějakým způsobem na to reaguje v úplně jiné periodě?“ řekl Yao. „Ale přesně o tom je časový krystal. Máte nějaký periodický řídící systém s periodou T, ale systém se nějakým způsobem synchronizuje, takže nakonec lze vidět, že daný systém osciluje s periodou, která je větší než T.“

Schéma pro tento krystal spolu s výzkumem provedeným v laboratoři společnosti Microsoft s názvem Station Q při Kalifornské univerzitě v Santa Barbaře dal fyzikům na Harvardské univerzitě a na univerzitě v Marylandu všechny nástroje, které potřebovali k nezávislému vytvoření časového krystalu ve svých laboratořích pomocí svých vlastních metod, ale pomocí stejné teorie. Časový krystal vytvořený výzkumníky z univerzity v Marylandu implementoval 10 iontů ytterbia v řadě za sebou za interakce elektronových spinů. Aby byly ionty udrženy v nerovnováze, výzkumníci pomocí laseru násilně vytvořili magnetické pole a poté pomocí další vrstvy částečně spiny atomů obrátili. Tento postup pak mnohokrát opakovali. Interakce spinů měla za následek to, že atomy si udržely stabilní, opakující se vzorec obrácení spinů, což je definice krystalu.

Harvardský tým vytvořil svůj časový krystal pomocí husté sítě tzv. NV center v diamantech, což je defekt, kdy dochází k nahrazení 2 atomů uhlíku atomem dusíku a prázdným místem. „Blízká podobnost výsledků dosažených ve dvou naprosto odlišných systémech je jen dalším důkazem toho, že časové krystaly jsou novou, širokou fází hmoty, a nikoliv jen zajímavostí omezenou na malé či úzce specifické systémy,“ vysvětlil Phil Richerme z univerzity v Indianě v krátkém doprovodném textu. „Pozorování diskrétních časových krystalů (…) potvrzuje, že k porušení symetrie může dojít v takřka všech přírodních světech a vytváří prostor pro několik nových oblastí výzkumu,“ pokračuje dále Richerme, který nebyl součástí studie. 

Tento výzkum je důležitý, protože představuje úplně první příklad nerovnovážné hmoty, což by nakonec mohlo vést k naprostému převratu v tom, jak chápeme svět kolem sebe, a dále také k pokrokům v technologiích jako jsou kvantové výpočty.

originální text: collective-evolution.com

překlad: Lukáš Kucharczyk